用于保护免受电压冲击的方法和系统与流程

本发明属于保护电气设施免受能够由气象事件引起的电压冲击的
技术领域：
，这种设施被连接至电力供应网络。本发明更具体地涉及一种用于保护电子系统免受在特定气象事件期间引起的电压冲击、尤其是在雷暴事件中由闪电引起的电压冲击的方法。实际上众所周知的是，在电网的线路遭到雷击期间，存在由于闪电引起的电压冲击以及穿过设施而损坏连接至网络的电气设施的风险。为了避免在电压冲击的情况下损坏电气设施，在电气设施中集成无源部件，如变阻器或断路器是众所周知的。在电压冲击的情况下，无源部件通过将电气设施从网络断开(断路器)，或者通过吸收由于电压冲击导致的额外电能(变阻器)起作用。然而，这样的部件具有随着时间劣化的缺点并且仅能够吸收有限量的能量。从文件wo2002007283中还已知一种用于保护电气设施免受闪电的设备和方法。所讨论的设备包括用于监测大气的电磁活动的装置，并且如果该电磁活动超过确定的警告等级，则保护设备将电气设施与网络断开连接。然而，大气电磁活动的这些变化起因于由闪电产生的电磁波在大气中的传播。因此，保护设备的监控装置必须等待闪电的发生，以使设备能够将设施从网络断开连接。因此，在保护设备将设施从网络断开连接之前，存在闪电损坏电气设施的不可忽略的风险。因此本发明旨在提出一种用于保护电子系统免受电压冲击的方法，该方法更可靠并且提供高等级的安全性。为此，本发明提出一种用于保护至少一个电子系统免受可能由当前或即将发生的气象事件引起的电压冲击的方法，该电子系统被连接到电信网络并且包括控制集成电路，该方法依次包括：·将电子系统连接至包含气象数据的远程服务器的步骤；·恢复源自该远程服务器的气象数据的步骤；·由该控制电路分析恢复的气象数据以便向该气象数据分配当前或即将发生的气象事件的危险等级的步骤；·当所分配的危险等级超过记录在控制电路的存储器空间中的主警告阈值时，由控制电路命令电子系统的至少一个端口电隔离的步骤。因此，该方法使得有可能根据对实时收集的气象数据的分析而断开该电子系统与该电网的连接以便在不利气象事件如雷暴的情况下保护其免受电压冲击，并且在检测到的气象事件引起电压冲击(例如由于在该雷暴的过程中产生的闪电而引起的电压冲击)之前这样做。本发明的保护方法还可以包括单独考虑的或根据其全部技术上可能的组合考虑的以下可选特征：-在电隔离的步骤之后并且在确定的时间之后，由控制电路的超时模块发起对所考虑的端口的电重新连接的步骤。-在电隔离的步骤之前(并且当所分配的危险等级超过主警告阈值时)，该方法包括由控制电路向与电子系统相连接的显示终端发送警告信号的步骤。-在电隔离的步骤之前(并且当所分配的危险等级超过主警告阈值时)，该方法包括根据包含在警告信号中的信息而在显示终端上显示第一警告消息的附加步骤，第一警告消息警告显示终端的用户由于当前或即将发生的气象事件而导致电压冲击的风险。-方法包括在显示终端上显示至少一个命令按钮并且将该按钮与向电子系统传输旨在控制电隔离步骤的命令相关联的附加步骤。-警告信号被配置为当显示终端被关闭时开启所述终端。-方法包括，当分配给恢复的气象数据的危险等级超过低于主警告阈值的附加警告阈值时，在显示终端上显示数据的附加步骤，该数据通知用户可能产生电压冲击的气象事件即将到来。-方法包括在隔离电子系统的至少一个端口的步骤之前的超时步骤，超时周期能够由终端的用户设置。-超时周期被包含在警告信号中，并且显示终端在超时周期结束时与电网隔离。-将电子系统连接至远程服务器的步骤包括向该远程服务器发送收集气象数据的请求的子步骤，该请求包括电子系统的地理定位信息。-恢复气象数据的步骤是实时执行的，并且包括以下子步骤：·收集并保存由远程服务器发送的气象数据；·根据值被记录在控制电路的存储器空间中的确定周期来重复收集和保存数据的该子步骤。-分析气象数据的步骤包括至少以下子步骤：·划分气象数据以提取温度、压力、湿度等级以及风速和风向数据，·关联所提取的数据以根据记录在控制电路的存储器空间中的等级标尺向其分配危险等级。-分析气象数据的步骤包括至少以下子步骤：·划分气象数据以提取由远程服务器计算的警告等级；·分析远程服务器的警告等级以根据记录在控制电路的存储器空间中的等级向其分配危险等级。-该方法包括由控制电路生成第二警告消息的步骤，该第二警告消息旨在被发送至与电子系统通信的每个计算机终端或外围设备，第二警告消息警告由于当前或即将发生的气象事件导致的电压冲击的风险。本发明还涉及一种电子系统，尤其是解码器，并且其基本上特征在于，该电子系统包括具有存储器空间的控制集成电路，电子系统还包括至电网的供电端口、用于将系统连接至广域计算机网络的至少一个网络输入端口、用于将该电子系统连接至显示终端的至少一个多媒体输出端口，控制电路适于依次地：·将电子系统连接至包含气象数据的远程服务器；·恢复和分析源自远程服务器的气象数据，以便确定和分配至少在该电子系统中可能产生电压冲击的当前或即将发生的气象事件的危险等级；·当所分配的危险等级超过记录在存储器空间中的警告阈值时，电隔离电子系统的至少一个端口。本发明的电子系统还可以包括单独考虑的或根据其全部技术上可能的组合考虑的以下可选特征：-控制电路在电隔离之前(并且当所分配的危险等级超过主警告阈值时)，适于向显示终端发送警告信号，该警告信号包含使得有可能在显示终端上显示警告消息以便警告该显示终端的用户由于当前或即将发生的气象事件而导致电压冲击的风险。-控制电路适于借助于电子系统的超时模块在确定的时间之后重新连接所考虑的端口。-电子系统的控制集成电路包括截止电路，该截止电路包括电控断路器，断路器分别安装在所考虑的端口的相应供电线路中并且由控制电路驱动。本发明还涉及一种包括指令的计算机程序，当该程序由计算机执行时，所述指令使得所述计算机实施如之前所描述的方法的步骤。本发明最后涉及计算机可读存储装置，其上记录有诸如，如上所述的计算机程序。参照附图，本发明的其他特征和优点将从以下给出的作为指示而非限制性的说明中变得清楚，其中：-图1是表示本发明的电子系统在网络环境中的集成的示图，-图2是根据实施方式的电子系统的电路图，使得可以触发断路器用于将所述电子系统的至少一个端口断开连接，并且-图3是图示本发明的保护方法的主要步骤的示图。首先指出，在附图中，相同的标记指代相同的元件，无论它们出现在其中的图如何，并且无论这些元件的表示形式如何。类似地，如果元件未在附图之一中被具体引用，则它们的引用可以通过引用另一附图来容易地找到。还指出，附图基本上代表本发明的目的的一个实施方式，但是可以存在满足本发明限定的其他实施方式。参见图1和图2，电子系统1包括控制集成电路2，该控制集成电路2本身至少包括存储器空间、用于处理数据的处理器、用于在电信环境中集成电子系统1的多个输入端口21和输出端口20、22，这些电信环境的特征将在以下展开。解码器1当然可以经由电力供应端口19连接至家用电网，以便被供应电能。此外，电子系统1的控制电路2包括电子截止电路3，该电子截止电路3适于将电子系统1的端口19-22的供电线路断开连接。该截止电路3及其运行将在下文中详细描述。电子系统1旨在被集成在例如tcp/ip类型的局域网中，该局域网形成电信环境的部分。因此，电子系统1连接至每个外围设备和/或终端，每个外围设备和/或终端连接至局域网。作为优选且非限制性示例，电子系统1是解码器(也称为“机顶盒”)。在说明书的剩余部分中，为了更清楚，术语“解码器”将用于限定本发明的电子系统1。解码器1通过网关4连接到互联网类型的广域网，例如根据tcp/ip协议，该广域网形成电信环境的部分。该解码器1还连接至显示终端5，例如包括对多媒体接口的至少一个输入端口的电视机，优选为hdmi(高清多媒体接口)输入端口。解码器1因此包括用于连接至电视机5的至少一个hdmi输出端口20。此外，解码器1包括至少一个网络输入端口21和可选的网络输出端口22，例如以太网类型。因此，解码器1经由其以太网输入端口21连接至网关4，这使得其可以接收源自广域网的内容。解码器还适于连接至外部外围设备6，例如通过它的以太网输出端口22，或者替代地借助于usb(通用串行总线)类型的输出端口，或者简单地借助于外部外围设备6所连接到的网关4。另外，解码器1包括用于接收和发送源自tv天线的信号的tv输入和输出端口。根据本发明，解码器1的控制电路2适于恢复和分析气象数据，目的是实时定义气象事件，从而根据记录在控制电路2的存储器空间中的数据库中包含的标尺确定这些事件的危险等级。例如，该数据库包括从一到十编号的十个等级，并且每个等级对应于特定气象事件。等级越高，气象事件越不利，气象事件将在解码器1中产生电压冲击的风险越大，例如由于在该事件期间产生了闪电。下表1示出了危险等级和气象事件之间的对应。表1危险等级和气象事件之间的对应1阳光明媚，晴朗2短时多云，薄雾，短暂阳光3有点阴，小雨阵雨，短暂阳光4阴有阵雨5层云，小雨6中雨，广泛阴天7大雨8轻度雷暴9中度雷暴10重度雷暴因此，当控制电路2分配给当前气象事件(即，其已经开始)或即将发生的气象事件(即，在开始时)的等级超过确定的主阈值时，则控制电路2向截止电路3发送电信号，以限定解码器1的不同端口19-22的电隔离的序列。以下将详细描述形成本发明的保护方法的组成部分的警告和电隔离过程。参见图2，电气截止电路3包括用于通用的第一输入/输出连接器7、第二输入/输出连接器8和第三输入/输出连接器9，通常称为gpio(通用输入/输出)连接器，并且其使得控制电路2能够驱动截止电路3。gpio连接器7、8、9使得控制电路2能够驱动截止电路3的断路器10、11、12、13。断路器10-13分别安装在解码器1的相应端口19-22的电力供应线路上。此外，通过由gpio连接器7、8、9激活集成在截止电路3中的相应晶体管16a、16b、16c、16d，断路器10-13的相应激活成为可能。具体地，断路器10使得可以电隔离连接到电网的解码器1的供电端口19，断路器11使得可以隔离hdmi输出端口20，断路器12使得可以隔离以太网输出端口22，断路器13使得可以隔离以太网输入端口21。每个gpio连接器7-9可采用特定逻辑状态(0或1)，该逻辑状态由控制电路2分配。当gpio连接器的逻辑状态被配置为0时，其然后起输出的作用，并且因此不能向所考虑的断路器10-13发送信号。另一方面，当gpio连接器的逻辑状态被配置为1时，它起输入的作用并且可以向所考虑的断路器10-13发送信号。在逻辑状态1中，第一gpio连接器7激活第一晶体管14以使得可以触发解码器1的端口19-22中的至少一个端口的电隔离。第二gpio连接器8和第三gpio连接器9使得控制电路2能够根据确定的序列驱动断路器10-13，以选择将与电网隔离的解码器1的端口19-22的供电线路。因此，断路器10-13的断开或闭合状态取决于第二gpio连接器8和第三gpio连接器9的状态的组合。这些组合以及它们对断路器10-13的有效(1)或无效(0)状态的影响遵照下表2所示的真值表。表2gpio连接器7-9的逻辑状态和对断路器(c.b.)10-13的影响的真值表断路器10-13在其有效状态(1)下断开所考虑的端口19-22的电力供应线路，也就是说将所述端口与电网隔离。由此，作为示例，为了产生hdmi端口20的电隔离，也就是说，为了闭合断路器11，控制电路2必须根据以上表2中所示的真值表发送指令，该指令将使第一gpio连接器7和第三gpio连接器9置于逻辑状态1且将第二gpio连接器8置于逻辑状态0。如图3所示，在激活特定于所考虑的断路器10-13的晶体管16a-16d中的至少一个晶体管之前，第二gpio连接器8和第三gpio连接器9的状态的组合被倍减器15倍减。因此，通过控制电路2依次发送控制三个gpio连接器7、8、9的逻辑状态的指令，将实现不同端口19-22的依次隔离。最后，控制电路2包括超时模块17，超时模块17使得可以去激活断路器10-13，以便将解码器1的所考虑的端口重新连接至电网，并且在确定的时间之后这样做。为了永久供电，该超时模块17连接至安装在解码器1中的电池型蓄电池。根据本发明，计算机程序被记录在控制电路2的存储器空间中。该程序旨在由控制电路2的处理器执行以实施用于保护解码器1的方法，并且如果需要，连接到解码器1的其他外围设备6和电视机5免受可能由特定气象事件(尤其是雷暴)引起的电压冲击。参见图3描述本发明的保护方法。保护方法由解码器1的控制电路2从解码器1，例如由用户供电的时刻发起。控制电路2启动作为后台任务100的程序，所述程序加载实施该方法的步骤所需的所有参数。这些参数是用于触发警告的阈值、要隔离的端口19-22的序列、以及第一和第二超时持续时间。触发阈值对应于保护方法由于电压冲击的风险从其发起警告和隔离过程的危险等级。第一超时周期对应于警告的产生与端口19-22的电隔离的触发之间的时间限制。第二超时周期对应于解码器1的端口19-22的供电线路的隔离与由超时模块17重新连接这些不同的线路之间的时间限制。用户还能够通过利用解码器的远程控制来驱动图形界面，或者替代地利用解码器1前面的物理按钮来直接驱动图形界面，而相对于方法的实施修改这些不同的参数。此后将返回用户可调节的参数。在方法的第一步骤101的过程中，解码器1的控制电路2将所述解码器1连接至包含气象数据的远程服务器18(图1)。该连接是通过根据http(超文本传输协议)或https协议发送请求来做出的以受益于安全连接。该请求还包括解码器1的地理坐标。如果需要，解码器1可连接到若干远程服务器18。如果远程服务器18没有响应连接请求102n，则在电视机5上广播错误消息103并且程序停止104。如果远程服务器响应102y，则在解码器1和远程服务器18之间建立连接。控制电路2咨询105、恢复106并且然后准备107使得能够实现该方法的步骤的不同参数的值，这些值被存储在控制电路2的存储器空间中。更精确地，当用户经由图形界面修改参数时，控制电路2经由所述控制电路2与图形界面之间的网络套接字(websocket)链路(本领域技术人员已知的网络协议)，使用rpc(远程过程调用)协议，咨询105并恢复106参数的值。然后主程序启动109三个算法200、300、400，这三个算法将分别能够收集气象数据、分析所收集的气象数据以识别气象事件，以及建立气象事件的危险等级。在方法的第二步骤201-203的过程中，控制电路2恢复201来自远程服务器的气象数据，同时向其发送对应于解码器的地理定位的数据。然后，通过控制电路2以文本数据格式，例如，“javascript对象表示法”(json)或“可扩展标记语言”(xml)或以二进制数据格式，例如，“消息包(messagepack)”对所接收的数据进行格式化202，并且将其记录301在控制电路2的存储器空间中。这些气象数据包含关于当前气候的信息，而且包含对未来日子的气候预测。可选地，这些气象数据还包括由远程服务器18建立的气候警告等级。作为非限制性示例，可以引用法国气象局的绿色、黄色、橙色、红色和紫色天气警告。根据确定的周期，周期性地执行203这个恢复数据的步骤。通常，数据的收集由控制电路2每分钟执行。在方法的第三步骤的过程中，用于分析气象数据的算法将解析所收集的数据302，也就是说，将提取所收集的气象数据的多个部分并且对其进行分类。具体地，算法将要从气象数据中提取大气压、温度、风速和风向以及空气的湿度等级，并且如果需要，是由远程服务器18建立气候警告等级。在方法的第四步骤303、304的过程中，用于分析气象数据的算法将分析大气压随时间的变化303，以及温度随时间的变化304。例如已知的是，大气压每小时从1百帕斯卡(hectopascal)降低至2百帕斯卡是雷暴和暴雨指示器。此外，算法执行大气压和温度的变化之间的相关性以检测雷暴的风险：分析气象数据的算法使得有可能研究这些数据在可变时间尺度上的变化。该算法随后重新创建表示若干时间尺度上的值的导数的一组数据。对于压力和时间之间的负导数，以及对于温度和时间之间的负导数，在1至2小时的尺度上达到临界等级。算法还限定了温度与压力之间的相关性，这使得有可能看到当前大气条件的急剧下降并且因此使得有可能潜在地触发警告。在方法的第五步骤305、306的过程中，分析算法300研究风速和风向的变化以建立气候环境305，也就是说从表1中所表示的气象事件的数据库中分配文本危险等级。因此，该气候环境代表当前或即将来临的气象事件，并且由先前分析的压力、风速和风向以及温度数据推断。此外，为了避免不利气象事件的错误检测，算法300可以分析从所收集的数据提取的其他气象参数，诸如湿度等级，低、中和高海拔云的位置，以及乔治(george)指数或k指数，george指数或k指数是空气稳定性指数并且表示雷暴潜在可能性。然后，将表示气象数据的完整分析的气候环境记录306在控制电路2的存储器空间中。可替代地，当由远程服务器18建立的气候警告等级被包括在气象数据中时，上述方法的第四步骤和第五步骤被远程服务器18建立的气候警告等级的单个分析步骤替代。此步骤导致将代表此气候警告等级的气候环境记录306在控制电路2的存储器空间中。在方法的第六步骤401、402的过程中，气候环境被发送401至用于建立气候事件的危险等级的算法400。算法400然后使用表1中所表示的数据库，向先前确定的气象事件分配危险等级402。因此，所分配的等级包括在1和10之间，并且表示源于气候环境的气象事件的危险等级。在方法的第七步骤403的过程中，算法400评估危险等级是否达到或超过主警告触发阈值。如上所述，阈值被确定并记录在控制电路2的存储器空间中。它还可以由用户通过利用解码器1的远程控制来驱动适当的图形界面而被参数化。例如，用户可以选择将阈值设置为8，也就是说轻度暴雨。如果危险等级低于主警告阈值，则新收集和分析气象数据由算法200、300、400执行。如上所述，只要警告没有被触发，这些气象数据的收集和分析就定期执行。在方法的第八步骤的过程中，如果危险等级高于或等于主警告阈值，则控制电路启动警告算法500，该警告算法500发起警告解码器1的端口19-22的至少一个供电线路的电隔离的过程。伴随地，控制电路2驱动停止气象数据的周期性恢复。控制电路2在截止电路3的激活之前启动倒计时，该倒计时能够由用户经由解码器1的菜单的图形界面而参数化，从而设置第一超时周期。控制电路2还生成501用于电视机5的第一信号。该第一发射信号优选地是hdmicec(消费类电子控制)信号，并且使得有可能向电视机5的电子板警告气候警告和电压冲击的风险。该第一信号使得可以在电视机5断开的情况下接通电视机5。该信号进一步包括用于在电视机5的屏幕上显示警告消息的信息，以便警告电视机5的用户电压冲击的风险。因此，提前通知用户电压冲击的风险以及即将发生的电隔离，这使用户可能采取行动，例如手动隔离其他设备。显示器实际上是描述当前警告的另一图形界面。命令按钮进一步有利地显示在电视机5的屏幕上，每个按钮与向控制电路2传输用于控制警告和电隔离过程的不同参数的命令相关联。具体地，用户可以选择忽略隔离过程的剩余部分或者在第一超时周期结束之前触发它，或者选择他希望隔离解码器1的端口19-22的哪条供电线路。并行地，控制电路2生成例如json格式的文本或二进制数据消息502，该文本或二进制数据消息包含警告和在由控制电路2启动解码器1的端口19-22中的至少一个端口的电隔离之前的第一超时周期的说明。接下来，使用udp类型协议，在局域网上向去往连接到该网络的外围设备6发送503该消息，并且因此向解码器1发送该消息，以便将该消息广播到tcp/ip网络上的所有通信设备。因此，如果所关注的外围设备具有使得能够接收和解码json消息的功能性，则它们也将能够在第一超时周期结束时与电网断开连接。类似地，第一超时周期被包含在发送到电视机5的hdmicec信号中，结果是电视机5的电子板在第一超时周期结束时将驱动电视机5的电网的关闭和隔离。伴随步骤501和502，控制电路2向截止电路3的gpio连接器7、8、9发送电信号504。如上所述，该信号根据序列将逻辑状态分配给每个gpio连接器7、8、9，使得可以通过激活所考虑的断路器10-13来电气地并且依次地隔离505解码器1的端口19-22中的至少一个端口。应注意的是，断路器10-13使得可以，如果需要的话，在电压冲击的情况下释放剩余电能。默认情况下，如果用户没有修改隔离过程的参数，则hdmi和以太网20、21、22端口依次从电网上断开，然后最终将供电端口19断开连接，以关闭解码器1。发送到截止电路3的电子信号还由超时模块17接收506，超时模块17在重新发起之前开始第二超时周期：在控制电路2的存储器空间中记录的第二超时周期结束时，超时模块17的重新发起器(由电池供应电能)将供电端口19和以太网输入端口21重新电连接507，以将解码器1重新连接到广域网。然后控制电路2执行收集和分析新的气象数据以确定新的危险等级。如果该新的危险等级仍然高于主警告阈值，则控制电路2再次驱动解码器的停止。如果新等级低于主阈值，则控制电路2向gpio连接器发送电信号，以通过去激活所考虑的断路器10-13(这使得可以关闭所考虑的端口19-22的供电线路)来命令将已经被隔离的解码器1的端口19-22重新连接到电网。例如包括在一分钟至四十八小时之间的持续时间的第二超时周期，可以由用户经由解码器1的图形界面而参数化。此外，该第二超时周期也集成在由控制电路2发送到外围设备的json消息中和集成在发送至电视机5的hdmicec信号中。在第二超时周期结束时，电视机5和外围设备的相应电子板然后可以驱动电视机5和外围设备的接通，如果它们具有由其支配的此类功能性的话。可选地，在控制电路2的存储器空间中记录有低于主警告阈值的附加警告阈值。因此，当气候事件的危险等级低于主阈值，但高于或等于用户经由解码器1的图形界面可参数化的附加阈值时，方法包括在电视机5的屏幕上显示数据的步骤(未示出)，该数据通知用户可能产生电压冲击的气象事件的即将发生或可能到来。应当清楚地理解，在该特定情况下，不发起警告和隔离过程。例如，该附加的阈值可以被设置为7，也就是说对应于大雨。基于检测不利的气候环境，也就是说引起电压冲击的风险，根据本发明的电子系统2和保护方法以预防性方式起作用。实际上，在由于不利的气象事件已经产生一道闪电之前，提供了隔离电子系统2本身以及其所连接的不同终端和外围设备。因此，本发明的电子系统2实现了本发明的更可靠，并且提供了高安全性等级的保护方法。上述实施方式决不是限制性的，并且可以在不超出本发明的范围的情况下对其进行修改。例如，包括截止电路3并且在存储器中具有实现根据本发明的保护方法的步骤的程序的控制电路2可以直接集成在连接至广域网的网关4中，或者集成在连接至解码器1并且连接至广域网的独立电子封装中。当前第1页12